CN105040831B - 一种自复位防屈曲支撑梁柱结点 - Google Patents

Abstract

一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，它涉及一种建筑结构中的结点。为解决现有的自复位防屈曲支撑对角布置方案会影响结构使用功能的问题，同时还存在现有框架钢结构的梁柱结点多数采用刚接或者半刚性连接，这种构造的结点易产生脆性破坏，在经历地震后即使建筑没有倒塌，具有危险性，不适合继续使用的问题。所述柱和梁之间设置间隙，多个柱加劲肋分布在柱上，多个梁加劲肋分布在梁上，两个连接板分别在梁的上翼缘和下翼缘，每个连接板的形状为L形，每个连接板上有多个螺栓孔，每个连接板的竖直板段与柱翼缘通过螺栓相连，每个螺栓穿过其对应的螺栓孔将连接板与梁翼缘连接，每个连接板的外侧对应有一个自复位防屈曲支撑构件。本发明用于建筑结构中。

Description

一种自复位防屈曲支撑梁柱结点

技术领域

本发明具体涉及一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，属于建筑领域。

背景技术

传统框架钢结构的梁柱结点多数采用刚接或者半刚性连接，以此增加结构的刚度。其中北岭地震以前的刚接节点通常做法为梁柱翼缘全融焊透。不过在北岭地震后的调查中显示，这种构造的结点易产生脆性破坏，即使没有倒塌，震后也不适于继续使用。由于以上原因，在此后的一段时期半刚性结点得到了较多的发展，虽然结构的变形能力有了较大提高，但是仍然存在残余变形和主体结构的损伤。产生以上结果的一个重要原因是上述两种类型的结点的弹性变形能力不能够满足结构在地震作用下的变形需求。

总之，现有框架钢结构的梁柱结点多数采用刚接或者半刚性连接，这种构造的结点易产生脆性破坏，在经历地震后即使建筑没有倒塌，这样的建筑也具有危险性，不适合继续使用的问题。

防屈曲支撑虽然能够有效地消耗地震能量，减少钢框架结构的最大变形，却不可避免地引入了较大的残余变形。如大震下，防屈曲支撑钢结构的残余变形可达0.8%，震后不适应继续使用。应与有自复位功能的构件联合使用，以消除残余变形。而现有自复位防屈曲支撑框架结构中支撑的布置方案均为在一个框架单元内采用对角布置，有时不能够很好地满足建筑的使用功能，如采光或者窗的布置位置会受到限制。

发明内容

本发明提供一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，以解决现有的自复位防屈曲支撑对角布置方案会影响结构使用功能的问题，同时还存在现有框架钢结构的梁柱结点多数采用刚接或者半刚性连接，这种构造的结点易产生脆性破坏，在经历地震后即使建筑没有倒塌，具有危险性，不适合继续使用的问题。自复位防屈曲支撑梁柱结点使得主体结构具有良好的弹性变形能力，使得自复位防屈曲支撑能够最大地发挥其耗能及复位优点。同时，由于支撑仅布置在梁柱之间，有利于实现结构的建筑功能。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，它包括柱、梁、两个连接板、两个自复位防屈曲支撑构件、多个螺栓、多个柱加劲肋和多个梁加劲肋，所述柱和梁之间设置间隙，多个柱加劲肋沿柱的长度方向分布在柱上，多个梁加劲肋沿梁的长度方向分布在梁上，两个连接板分别设置在梁的上翼缘和下翼缘，每个连接板的形状为L形，每个连接板的水平板段和竖直板段分别沿其板面的厚度方向加工有多个螺栓孔，螺栓孔与螺栓一一对应设置，每个连接板的竖直板段与柱翼缘通过螺栓相连，每个螺栓穿过其对应的螺栓孔将连接板与梁翼缘连接，每个连接板的外侧对应有一个自复位防屈曲支撑构件，自复位防屈曲支撑构件倾斜设置在柱和梁之间，自复位防屈曲支撑构件的两端分别与柱和梁相铰接。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、本发明是一种柔性自复位防屈曲支撑梁柱节点，本发明与全刚及半刚性结节相比，自复位防屈曲支撑构件的两端分别与柱和梁相铰接可显著提高结构的整体弹性变形能力，同时为了消除安装自复位防屈曲支撑构件的残余变形，可将其与具有复位功能的装置联合使用。这样既可保证耗能能力，又能够消除震后的残余变形。

2、采用本发明的连接方式可使梁对柱的转动约束明显降低。不过考虑到梁柱相对转动位移，还应在两者之间设置一定的间隙，才能够让梁柱产生自由相对转动。

3、本发明可解决原有支撑采用对角线方式布置于梁柱框架单元内会影响结构使用功能的问题。

4、本发明在结点区梁柱翼缘之间设置连接板，使得主体结构的梁柱结点能够抵抗结构的重力作用及小震作用。

5、本发明结构设计简单合理，不但能够使建筑物在震后损伤破坏性小，而且震后依然可以继续使用，最大限度地减小地震对建筑结构的破坏性，延长震后建筑物的使用年限，节省大量建筑物的重修费用。

6、设置于梁柱之间的自复位防屈曲支撑能够减少甚至消除结构的残余变形，自复位防屈曲支撑构件可以在现场组装到结构中，施工方便，震后如有损坏，也便于替换。

附图说明

图1是现有自复位防屈曲支撑构件在采用对角线方式方式布置于梁柱框架单元内立面图；

图2是本发明应用于框架结构梁柱结点区的立面图；

图3是本发明的主视结构示意图；

图4是图3的俯视结构示意图；

图5是图3中A处的放大图；

图6是图3中B处的放大图；

图7是自复位防屈曲支撑构件6的立体结构示意图；

图8是自复位防屈曲支撑构件6的装配图；

图9是图8的A-A剖视图；

图10是图8的B-B剖视图；

图11是图8的C-C剖视图；

图12是图8的D-D剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7说明本实施方式，本实施方式包括柱1、梁2、两个连接板5、两个自复位防屈曲支撑构件6、多个螺栓9、多个柱加劲肋3和多个梁加劲肋4，所述柱1和梁2之间设置间隙，多个柱加劲肋3沿柱1的长度方向分布在柱1上，多个梁加劲肋4沿梁2的长度方向分布在梁2上，两个连接板5分别设置在梁2的上端和下端，每个连接板5的形状为L形，每个连接板5的竖直板段与柱1翼缘通过螺栓9连接，每个连接板5的水平板段及竖直板段沿其板面的厚度方向加工有多个螺栓孔，螺栓孔与螺栓9一一对应设置，每个螺栓穿过其对应的螺栓孔将连接板5与梁2翼缘连接，每个连接板5的外侧对应有一个自复位防屈曲支撑构件6，自复位防屈曲支撑构件6倾斜设置在结点区的柱1和梁2之间，自复位防屈曲支撑构件6的两端分别与柱1和梁2相铰接。本实施方式中多个柱加劲肋3均焊接在柱1上，多个梁加劲肋4均焊接在梁2上。梁2与柱1之间设置间隙，使得梁2与柱1之间能发生自由的转动。为了使主体结构的梁柱结点能够承担重力荷载及小震作用，在梁2的上下翼缘与柱1的翼缘之间设置了连接板5。连接板5与梁柱翼缘通过螺栓连接。

本发明提出柔性自复位防屈曲支撑梁柱结点，不仅解决普通支撑影响结构使用功能的问题，还解决了传统刚性连接结构抗震主体结构弹性变形能力不足的限制。所提出的梁柱结点具有足够的弹性变形能力，使得位移型的耗能装置在地震作用下能够耗散足够的能量，同时保证主体结构不受到任何损伤，符合新一代结构抗震和可恢复城市这一抗震目标。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式中所述连接板5为第一角钢。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图7、图8、图9、图10、图11和图12说明本实施方式，本实施方式中自复位防屈曲支撑构件6包括方形外套管6-1、方形内套管6-2、第一端板6-5、第二端板6-6、第一凸形连接板6-10、第二凸形连接板6-11、两个耗能内芯板6-3、多根复位筋6-4、两个连接板6-7和两对第二角钢6-8，所述第一凸形连接板6-10设置在两个耗能内芯板6-3之间，且所述第一凸形连接板6-10的上侧壁和下侧壁各与一个耗能内芯板6-3固接，每个连接板6-7设置在相对应的耗能内芯板6-3外部且二者固接；所述方形外套管6-1外部的一对表面各设有一对角钢6-8，一对角钢6-8的一端与方形外套管6-1固接，且每对角钢6-8与方形外套管6-1形成凹槽，所述方形内套管6-2设置在两个耗能内芯板6-3之间，且所述方形内套管6-2与第一凸形连接板6-10插接，两个耗能内芯板6-3各与方形内套管6-2位于插接端的上侧壁和下侧壁焊接，且焊接的距离沿长度方向为10～20cm；

所述方形内套管6-2、两个耗能内芯板6-3和第一凸形连接板6-10设置在方形外套管6-1内，且每个方形内芯板6-3的两个侧壁各与方形外套管6-1相对应的侧壁接触，每个连接板6-7设置在凹槽内，且每个连接板6-7与一对角钢6-8固接，所述方形内套管6-2内设有多根复位筋6-4，每根复位筋6-4的一端与第一端板6-5连接，每根复位筋6-4的另一端与第二端板6-6连接，所述第一端板6-5上设有与第一凸形连接板6-10小直径端形状相匹配的通孔，所述第一凸形连接板6-10穿过第一端板6-5的通孔，设置在第一端板6-5的外部，所述方形外套管6-1的两侧端面分别与第一端板6-5和第二端板6-6接触，所述第二凸形连接板6-11的大直径端固装在两对角钢6-8内。本实施方式中的自复位防屈曲支撑构件6同传统的防屈曲支撑构件相比，在结构大震或者中震后拥有复位功能，大大减少了残余变形理论上为零；与现有的自复位支撑构件相比，自复位防屈曲支撑构件6的内芯板屈服耗能取代摩擦耗能，因此避免了螺栓松动和摩擦面老化、失效及腐蚀等问题。

两个耗能内芯板6-3分别与其相邻的方形内套管6-2的上侧壁与下侧壁之间的间隙各为1-2mm，并在一端与耗能内芯板6-3固接，此结构的优点是使得方形内套管6-2充当防屈曲支撑的约束构件，实现内芯耗能作用；同时这种结构起到自复位支撑中给第一端板6-5、第二端板6-6及复位筋6-4传力的作用，以此达到自复位目的。因此，保证该发明实现了防屈曲支撑和自复位支撑的双重功效。方形内套管6-2的侧壁与方形外套管6-1的侧壁之间的间隙为1-2mm，并在一端与耗能内芯板6-3固接，此结构的优点是使得方形内套管6-2充当防屈曲支撑的约束构件，实现内芯耗能作用；同时这种结构起到自复位支撑中给第一端板6-5、第二端板6-6及复位筋6-4传力的作用，以此达到自复位目的。因此，保证该发明实现了防屈曲支撑和自复位支撑的双重功效。

每根复位筋6-4为钢筋或者复合纤维筋，并且施加相当于支撑设计承载力30％的预应力。此构造的优点是此类材料具有高强度，高弹性模量，高弹性变形率的特点。因此能保证在本发明在工作时复位筋6-4保持弹性从而维持其自复位的功能。预应力可保证本发明克服所有残余变形，回复到原始长度。

自复位防屈曲支撑构件6的加工具体步骤如下：

第一步：在两个耗能内芯板6-3之间焊接第一凸形连接板6-10；在两个耗能内芯板6-3外侧焊接两个连接板6-7，这样耗能内芯板6-3就与第一凸形连接板6-10及两个连接板6-7形成一体；

第二步：将方形内套管6-2从两个耗能内芯板6-3右侧滑入并且将焊于两个耗能内芯板6-3上的第一凸形连接板6-10插入方形内套管6-2槽中；

第三步：在两个耗能内芯板6-3内侧与方形内套管6-2外侧施焊耗能内芯板6-3宽于方形内套管6-2，使方形内套管6-2与耗能内芯板6-3形成整体；

第四步：在方形外套管6-1的外侧一对表面各焊接一对角钢6-8；

第五步：将组装好的方形内套管6-2及两个耗能内芯板6-3从方形外套管6-1设有一对角钢6-8的一端通过，方向如图所示。对好位置后，将接一对角钢6-8与连接板6-7连接。如此，方形外套管6-1、方形内套管6-2及两个耗能内芯板6-3就构成一个防屈曲支撑构件；

第六步：通过第一端板6-5和第二端板6-6上的孔洞中穿复位筋6-4，在第二端板6-6处锚固复位筋6-4，在第一端板6-5进行张拉；

第七步：将第二凸形连接板6-11与两对角钢6-8焊接，完成整个自复位防屈曲支撑构件的加工过程。

自复位防屈曲支撑构件6的工作原理分为四个阶段，具体过程如下：

第一阶段：初始受力阶段：此时支撑构件长度为原长L，当施加外力时，方形外套管6-1和方形内套管6-2首先要克服复位筋6-4中的预应力，当外力达到一定水平时，方形外套管6-1和方形内套管6-2即将开始相对运动。

第二阶段：方形外套管6-1相对方形内套管6-2向右运动阶段：当外力继续加大，方形外套管6-1和方形内套管6-2开始相对滑动，此时本发明伸长，变形量记为δ，由于内芯板6-3一端连接在方形外套管6-1上，另一端连接在方形内套管6-2上，方形外套管6-1和方形内套管6-2相对运动时使内芯板6-3被拉伸产生塑性变形，从而起到耗能作用；同时方形内套管6-2向左推第一端板6-5，方形外套管6-1向右推第二端板6-6，如此，第一端板6-5和第二端板6-6做远离运动，复位筋6-4不断被伸长，并提供回复力；

第三阶段：复位阶段：当支撑构件达到最大变形，外力减小或反向，由于预应力的作用，自复位筋6-4拉动两端板6-6、6-5做相对运动，从而带动形外套管6-1和方形内套管6-2做复位运动，直到回到起始点。此时若外力撤掉，则本发明复位；

第四阶段：方形外套管6-1相对方形内套管6-2向左运动阶段：若本发明复位后外力反向，则方形外套管6-1和方形内套管6-2继续反向运动。这时，方形内套管6-2推动第二端板6-6，方形外套管6-1推动第一端板6-5，第一端板6-5和第二端板6-6做远离方向的运动，此时防屈曲支撑构件的内芯板6-3状态为受压，支撑构件变形量记为-δ。

具体实施方式四：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式中所述螺栓孔为长孔。长孔可使螺栓在其内移动，当发生地震时，增强螺栓的灵活性，从而增强梁2和柱1的灵活性。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式中所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点还包括垫片10，垫片10设置在连接板5水平板段的外表面上，每个螺栓的前端穿过垫片10将连接板5与梁2翼缘连接。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图3、图5和图6说明本实施方式，本实施方式中所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点还包括第一耳朵7和第二耳朵8，第一耳朵7和第二耳朵8均为弧形环，所述第一耳朵7固定连接在柱1上，自复位防屈曲支撑构件6中的第一凸形连接板6-10通过第一耳朵7与柱1相铰接，所述第二耳朵8固定连接在梁2上，自复位防屈曲支撑构件6中的第二凸形连接板6-11通过第二耳朵8与梁2相铰接。自复位防屈曲支撑构件6中的第一凸形连接板6-10与第二凸形连接板6-11都是半圆形，并且开有销钉空。自复位防屈曲支撑构件6分别通过销钉与第一耳朵7和第二耳朵8相连，这样做可保证自复位防屈曲支撑构件6与梁2、柱1之间的自由转动，即实现铰接连接。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

Claims (6)

1.一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，其特征在于：它包括柱（1）、梁（2）、两个连接板（5）、两个自复位防屈曲支撑构件（6）、多个螺栓（9）、多个柱加劲肋（3）和多个梁加劲肋（4），所述柱（1）和梁（2）之间设置有间隙，多个柱加劲肋（3）沿柱（1）的长度方向分布在柱（1）上，多个梁加劲肋（4）沿梁（2）的长度方向分布在梁（2）上，两个连接板（5）分别设置在梁（2）的上翼缘和下翼缘，每个连接板（5）的形状为L形，每个连接板（5）的水平板段和竖直板段分别沿各自的板面的厚度方向均加工有多个螺栓孔，螺栓孔与螺栓（9）一一对应设置，每个连接板（5）的竖直板段与柱（1）翼缘通过螺栓（9）相连，每个螺栓穿过其对应的螺栓孔将连接板（5）与梁（2）翼缘连接，每个连接板（5）的外侧对应有一个自复位防屈曲支撑构件（6），自复位防屈曲支撑构件（6）倾斜设置在柱（1）和梁（2）之间，自复位防屈曲支撑构件（6）的两端分别与柱（1）和梁（2）相铰接。

2.根据权利要求1所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，其特征在于：所述连接板（5）为第一角钢。

3.根据权利要求2所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，其特征在于：自复位防屈曲支撑构件（6）包括方形外套管（6-1）、方形内套管（6-2）、第一端板（6-5）、第二端板（6-6）、第一凸形连接板（6-10）、第二凸形连接板（6-11）、两个耗能内芯板（6-3）、多根复位筋（6-4）、两个连接板（6-7）和两对第二角钢（6-8），所述第一凸形连接板（6-10）设置在两个耗能内芯板（6-3）之间，且所述第一凸形连接板（6-10）的上侧壁和下侧壁各与一个耗能内芯板（6-3）固接，每个连接板（6-7）设置在相对应的耗能内芯板（6-3）外部且二者固接；所述方形外套管（6-1）外部的一对表面各设有一对角钢（6-8），一对角钢（6-8）的一端与方形外套管（6-1）固接，且每对角钢（6-8）与方形外套管（6-1）形成凹槽，所述方形内套管（6-2）设置在两个耗能内芯板（6-3）之间，且所述方形内套管（6-2）与第一凸形连接板（6-10）插接，两个耗能内芯板（6-3）各与方形内套管（6-2）位于插接端的上侧壁和下侧壁焊接，且焊接的距离沿长度方向为10～20cm；

所述方形内套管（6-2）、两个耗能内芯板（6-3）和第一凸形连接板（6-10）设置在方形外套管（6-1）内，且每个方形内芯板（6-3）的两个侧壁各与方形外套管（6-1）相对应的侧壁接触，每个连接板（6-7）设置在凹槽内，且每个连接板（6-7）与一对角钢（6-8）固接，所述方形内套管（6-2）内设有多根复位筋（6-4），每根复位筋（6-4）的一端与第一端板（6-5）连接，每根复位筋（6-4）的另一端与第二端板（6-6）连接，所述第一端板（6-5）上设有与第一凸形连接板（6-10）小直径端形状相匹配的通孔，所述第一凸形连接板（6-10）穿过第一端板（6-5）的通孔设置在第一端板（6-5）的外部，所述方形外套管（6-1）的两侧端面分别与第一端板（6-5）和第二端板（6-6）接触，所述第二凸形连接板（6-11）的大直径端固装在两对角钢（6-8）内。

4.根据权利要求3所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，其特征在于：所述螺栓孔为长孔。

5.根据权利要求4所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，其特征在于：所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点还包括垫片（10），垫片（10）设置在连接板（5）水平板段的外表面上，每个螺栓的前端穿过垫片（10）将连接板（5）与梁（2）翼缘连接。

6.根据权利要求5所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点，其特征在于：所述一种自复位防屈曲支撑梁柱结点还包括第一耳朵（7）和第二耳朵（8），第一耳朵（7）和第二耳朵（8）均为弧形环，所述第一耳朵（7）固定连接在柱（1）上，自复位防屈曲支撑构件（6）中的第一凸形连接板（6-10）通过第一耳朵（7）与柱（1）相铰接，所述第二耳朵（8）固定连接在梁（2）上，自复位防屈曲支撑构件（6）中的第二凸形连接板（6-11）通过第二耳朵（8）与梁（2）相铰接。